Композитная броня Российский патент 2024 года по МПК F41H5/04 

Изобретение относится к защитным броневым панелям и, более конкретно, к защитным броневым панелям для поглощения энергии снарядов.

Известна композитная броня, содержащая дробяще-отклоняющий слой, состоящий из отдельных керамических элементов, соединенных в единую панель связующим на основе полимеров, и задерживающий слой, выполненный из алюминиевого сплава, стали или другого прочного материала. Дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором заданного размера или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен слой материала с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа. Отдельные керамические элементы выполнены в виде правильных шестигранных призм, а боковые грани призм образуют зазор между боковыми гранями соседних элементов (патент RU 2459174; МПК F41H 5/02; 2012).

К недостаткам известного технического решения относятся низкие защитные свойства конструкции, поскольку при воздействии удара на керамические элементы дробяще-отклоняющего слоя, энергия удара с большой вероятностью приводит к разрушению высокопрочных, но непластичных керамических элементов, осколки которых способны пробить задерживающий слой. Невысокая живучесть броневой защиты обусловлена проникновением керамических осколков в запреградное пространство при последующих ударных воздействиях.

Известна защитная броневая панель, содержащая множество полосок, образующих сетку, функционально соединенную с листом материала, выполненного из алюминиевого сплава, титана, нержавеющей стали или кевлара, причем каждая из полосок имеет переднюю кромку, заднюю кромку и боковые грани, причем боковые грани ориентированы, в основном, поперек листа материала, а передняя и задняя кромки параллельны листу материала; при этом защитная броневая панель дополнительно содержит второй лист материала, расположенный напротив первого листа материала и выполненный из алюминиевого сплава, титана, нержавеющей стали или кевлара, первый и второй лист имеют совмещенные отверстия для соединения с помощью крепежного элемента, который проходит через часть сетки содержит одну или более заклепок, болтов или резьбовых крепежных элементов причем броневая панель, дополнительно содержит профилированный полимерный слой (патент US 9228806; МПК F41H 5/04; 2016).

Недостатком известного технического решения является ограничение защитных возможностей панелей в связи с тем, что с увеличением массы используемых снарядов и скорости ударной волны сохраняется достаточная энергия для деформации и смятия металлической сетки. При этом полимер будет выдавлен из зоны локализации ударного воздействия и разрушен продуктами сгорания сопровождающим удар взрыва.

Известна формуемая защитная броня, содержащая множество цилиндрических керамических элементов, каждый из которых имеет плоскую поверхность на противоположных торцевых поверхностях, продольную ось, перпендикулярную указанным плоским противоположным торцевым поверхностям, и криволинейную поверхность между указанными плоскими противоположными торцевыми поверхностями, и расположенные на, по меньшей мере одной плоской поверхности, прикрепленной к основному слою, который поддерживает непрерывный контакт между соседними цилиндрическими керамическим элементами; при этом броня имеет канавку, расположенную на указанной криволинейной поверхности и ориентированную параллельно продольной оси и сконфигурированную таким образом, что соответствующий керамический элемент может входить в указанную канавку, броня, дополнительно содержит смолу, заполняющую промежутки между указанными цилиндрическими керамическими элементами и указанным защитным слоем, кроме того броня дополнительно содержит передний слой, который прикреплен к указанному множеству цилиндрических керамических элементов напротив указанного опорного слоя (патент US 10337839; МПК F41H 5/04; 2019).

Недостатками формуемой защитной брони с использованием керамических компонентов является существенное ограничение защитных возможностей, как следствие, малая живучесть брони в связи с тем, что она не обладает достаточными демпфирующими свойствами, в результате чего удар передаётся непосредственно на запреградные конструкции. При этом в непластичных керамических компонентах, образуются магистральные трещины, в которые проникают продукты взрыва. Трещины развиваются со скоростью ударной волны. Известная броня неэффективна при использования зажигательных (кумулятивных) снарядов, поскольку не происходит рассеивания кумулятивной струи.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является композитная броня, содержащая дробяще-отклоняющий и задерживающий слои. Дробяще-отклоняющий слой состоит из отдельных корундовых элементов, выполненных в виде цилиндров с выпуклыми торцами и соединенных в единую панель связующим на основе полимеров. Оси этих элементов расположены по нормали к наружной поверхности брони. Задерживающий слой выполнен из конструкционного материала на основе алюминия или стали. Дробяще-отклоняющий и задерживающий слои размещены с зазором более 1 мм или между дробяще-отклоняющим и задерживающим слоями размещен слой материала с модулем упругости при сжатии менее 40 ГПа (патент RU 2329455, МКИ F41H 5/04, 2008) (прототип).

Недостатки известного технического решения - низкие защитные свойства и, как следствие, малая живучесть конструкции, поскольку энергия удара пули жестко передается соседним корундовым элементам, что приводит к их разрушению и снижению живучести композитной брони в целом. Живучесть композитной брони при попадании пули ограничивается распространением трещин через ударное взаимодействие соседних корундовых элементов, их последовательное раскалывание.

Таким образом, перед авторами была поставлена задача разработать композитную броню, обеспечивающую повышение защитных свойств конструкции и, как следствие, живучести конструкции.

Поставленная задача решена в предлагаемой композитной броне, содержащей задерживающий слой и слой из отдельных элементов цилиндрической формы с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимера и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони, в которой задерживающий слой выполнен из титана, а элементы цилиндрической формы изготовлены из спрессованной титановой губки, имеющей остаточную пористость 10-20%, причем связующее на основе эпоксидной смолы содержит корундовую крошку с размером частиц 5 - 15 мкм при соотношении 70 - 90 об.% эпоксидная смола, 10 - 30 об.% корундовая крошка, при этом броня дополнительно содержит слой выполненный из алюминия, расположенный с наружной стороны элементов цилиндрической формы и повторяющий форму выпуклых торцов элементов, плотно прилегая к ним.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известна конструкция композитной брони, в которой задерживающий слой выполнен из титана, а элементы цилиндрической формы изготовлены из спрессованной титановой губки, имеющей остаточную пористость 10 - 20%, соединены между собой в единую панель связующим на основе эпоксидной смолы наполненной корундовой крошкой, а броня дополнительно содержит слой, расположенный с наружной стороны элементов цилиндрической формы и повторяющий форму выпуклых торцов элементов, плотно прилегая к ним, выполненный из алюминия.

На Фиг. 1 изображена конструкция предлагаемой композитной брони, содержащая задерживающий слой (1), выполненный из высокопрочного металлического материала титана, например, титанового сплава ВТ20, расположенную на нем панель, содержащую элементы цилиндрической формы (2) с одним или двумя выпуклыми торцами, изготовленные из спрессованной титановой губки, имеющей остаточную пористость 10 - 20 %. Элементы цилиндрической формы (2) расположены своими осями по нормали к наружной поверхности брони и соединены между собой в единую панель связующим на основе эпоксидной смолы (3). Связующее (3) содержит корундовую крошку с размером частиц 5 - 15 мкм при соотношении 70 - 90 об.% эпоксидная смола, 10 - 30 об.% корундовая крошка. При этом броня содержит верхний дополнительный слой (4), расположенный с наружной стороны элементов цилиндрической формы и повторяющий форму выпуклых торцов элементов, плотно прилегая к ним. Слой (4) выполнен из деформируемого материала алюминия, например, сплава алюминия В95. Габаритные размеры панелей композитной брони и толщины слоёв варьируются в зависимости от защищаемых конструктивных элементов объектов ответственного назначения.

Удар баллистического снаряда в броневую защиту сопровождается его разрушением с образованием продуктов взрыва. В результате в направлении удара в локализованной области слоя (4) создаётся избыточное относительно предела текучести алюминия, например, сплава алюминия В95, давление, приводящее к пластическому сжатию и прогибу слоя с передачей давления на панель, состоящую из элементов (2) и (3). При этом пористые элементы (2) допрессовываются, на что расходуется существенная часть энергии удара. Продукты разрыва снаряда и фрагменты слоя (4) задерживаются в слое (1). При этом снижается запреградное воздействие на защищаемый объект ответственного назначения. Преимущества предлагаемой брони по сравнению с аналогом заключаются в том, что пористые элементы (2), являясь пластически сжимаемым материалом, при воздействии внешней нагрузки (удара) доуплотняются (допрессовываются), на что потенциально, при доуплотнении до компактного состояния, требуется неограниченно большая энергия. Кроме того, присутствующие в пористом материале внутренние пустоты, способны рассеивать локализованное энергетическое воздействие. Связующее на основе эпоксидной смолы, содержащее корундовую крошку, играет роль ограничителя радиальной деформации пористых элементов (2), выполненных из спрессованной титановой губки, имеющей остаточную пористость 10-20%. При этом размер корундовой крошки и соотношение эпоксидной смолы и крошки исключает возможность выдавливания связующего (3)

Таким образом, авторами предлагается композитная броня, обеспечивающая повышение защитных свойств конструкции и, как следствие, живучести конструкции.

Изобретение относится к защитным броневым панелям для поглощения энергии снарядов. Композитная броня содержит задерживающий слой, слой из отдельных элементов цилиндрической формы с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимера и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони. Задерживающий слой выполнен из титана. Элементы цилиндрической формы изготовлены из спрессованной титановой губки, имеющей остаточную пористость 10-20%. Связующее на основе эпоксидной смолы содержит корундовую крошку с размером частиц 5 - 15 мкм при соотношении: эпоксидная смола 70-90 об.%, корундовая крошка 10-30 об.%. Броня дополнительно содержит слой, расположенный с наружной стороны элементов цилиндрической формы и повторяющий форму выпуклых торцов элементов. Дополнительный слой выполнен из алюминия. Достигается повышение защитных свойств конструкции и, как следствие, живучесть конструкции. 1 ил.

Композитная броня, содержащая задерживающий слой и слой из отдельных элементов цилиндрической формы с одним или двумя выпуклыми торцами, соединенных в единую панель связующим на основе полимера и расположенных своими осями по нормали к наружной поверхности брони, отличающаяся тем, что задерживающий слой выполнен из титана, а элементы цилиндрической формы изготовлены из спрессованной титановой губки, имеющей остаточную пористость 10-20%, причем связующее на основе эпоксидной смолы содержит корундовую крошку с размером частиц 5-15 мкм при соотношении: эпоксидная смола 70-90 об.%, корундовая крошка 10-30 об.%, при этом броня дополнительно содержит слой, расположенный с наружной стороны элементов цилиндрической формы и повторяющий форму выпуклых торцов элементов, плотно прилегая к ним, выполненный из алюминия.